|
|||||||
АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция |
СВАРКА В XXI ВЕКЕ
Специалисты ведущих стран мира уделяют большое внимание оценке достижений науки и техники в области сварки в прошедшем столетии, а также прогнозу приоритетных и перспективных направлений развития сварки и родственных технологий в интересах промышленного производства в начале XXI века. В последние годы этому посвящены международные и национальные конференции, многочисленные публикации ведущих учёных и специалистов. Расширяется практика проведения рабочих встреч экспертов по выработке стратегии развития науки и производства в области сварки. Некоторые наиболее актуальные темы по вышеназванной тематике затрагиваются в настоящей главе. 5.1. ПРОБЛЕМЫ СВАРКИ НА РУБЕЖЕ ВЕКОВ Можно с уверенностью сказать, что на пороге третьего тысячелетия сварка - один из ведущих технологических процессов. До 2/3 мирового потребления стального проката идет на производство сварных конструкций и сооружений. Сварке подвергаются практически любые металлы и неметаллы в любых условиях - на земле, в морских глубинах и в космосе. Толщина свариваемых деталей колеблется от микрометров до метров, масса сварных конструкций — от долей грамма до сотен и тысяч тонн. Зачастую сварка является единственно возможным или наиболее эффективным способом создания неразъемных соединений конструкционных материалов и получения заготовок, максимально приближенных к оптимальной форме готовой детали или конструкции. Более половины валового национального продукта промышленно развитых стран создается с помощью сварки и родственных технологий, к которым мы относим наплавку, пайку, резку, нанесение покрытий, склеивание различных материалов. Научно-техническое понятие «сварка» охватывает такие смежные направления, как заготовка и сборка, диагностика и неразрушающий контроль, техника безопасности и экология процессов сварки. В различных странах в сварочном производстве заняты не менее 5 млн. человек, из них 70-80 % выполняют электродуговые процессы. К началу XXI века лидирующее положение на рынке сварочного оборудования заняла аппаратура для дуговой сварки. Объемы ее производства и дальше будут возрастать в основном за счет аппаратуры для сварки порошковой и сплошной проволоками при сокращении доли оборудования для ручной дуговой сварки покрытыми электродами. Машины для контактной сварки прочно удерживают второе место на рынке сварочного оборудования, объемы их применения также имеют тенденцию к росту. Доля оборудования для газовой сварки и резки сокращается, но остается достаточно большой. Ощутимые изменения наблюдаются на мировом рынке сварочных материалов. И здесь материалы для механизированных видов сварки, в первую очередь порошковая и сплошная проволоки, уверенно теснят по объемам продаж на рынке покрытые электроды для ручной дуговой сварки. За последние 20 лет в промышленно развитых странах доля металла, наплавляемого ручной дуговой сваркой, снизилась почти в три раза и составляет сейчас 20-30 %. Есть основания полагать, что в обозримом будущем доля ручной дуговой сварки (по наплавленному металлу) в промышленных странах стабилизируется на уровне 15-25 %, а в остальных странах снижение будет менее интенсивное. Основой сварочного производства останется сварка плавлением. Будут совершенствоваться техника и технология этого процесса. Одним из примеров в этой области является создание у нас способа дуговой сварки по активирующему флюсу, который за рубежом получил название А-ТИГ. Безусловно, будут расширяться области применения лазерных технологий как наиболее универсальных в арсенале сварки и родственных процессов. В 90-х годах только в мировой автомобильной промышленности уже эксплуатировалось более 4000 лазерных систем для резки и сварки. Перспективно использование для сварки мощных диодных лазеров, имеющих более высокий КПД. Уникальны возможности применения электронно-лучевой сварки, позволяющей сваривать за один проход металлы толщиной до 200-300 мм. Значительно увеличить габариты свариваемых изделий можно с помощью электронно-лучевой сварки в локальном вакууме. Способ электрошлаковой сварки имел большое значение для развития тяжелого машиностроения. Исследования, выполненные в нашем институте, установили, что скорость электрошлаковой сварки можно существенно увеличить (в 4—5 раз) и тем самым уменьшить перегрев металла. Это дает основание предполагать, что в ближайшие годы электрошлаковая сварка в новом варианте займет достойное место в процессе производства крупногабаритных толстостенных изделий. В последние годы мировое сварочное производство характеризуется массовым применением источников питания инверторного типа для дуговой сварки. Главное преимущество этих источников состоит в широчайших возможностях, которые открываются для автоматического управления всеми стадиями сварочного процесса, включая перенос электродного металла, движение металла в сварочной ванне, кристаллизацию шва и его дегазацию, придание необходимой формы и качества поверхности шва. Контактная сварка сопротивлением (точечная, рельефная и роликовая) относится к числу наиболее распространенных способов. Возможно, контактную сварку немного потеснит лазерная, в особенности там, где используется металл с покрытиями. Еще далеко не исчерпаны возможности контактной сварки оплавлением. Несомненно, что дальнейшее совершенствование автоматического управления и систем питания мощных машин позволят успешно решить многие технические проблемы, особенно при производстве изделий с большим поперечным сечением из различных металлических материалов. Бурное развитие приборостроения и особенно электронной техники привело к созданию ряда способов сварки в твердой фазе: диффузионной, компрессионной и ультразвуковой. Несомненно, появятся и другие способы сварки в твердой фазе, основанные на нагреве и иных способах активации соединяемых поверхностей. Подлежат разрешению сложные проблемы неразрушающего контроля соединений, полученных в твердой фазе, а также диагностики таких соединений непосредственно в процессе сварки по косвенным признакам, фиксируемым автоматически. Не утратит своего значения и ремонтная сварка. Внимание к ней со стороны специалистов не всегда соответствует ее значению. Нужно совершенствовать технику и средства подготовки изделий к ремонту, создавать специализированное сварочное оборудование, новые материалы, обеспечивающие получение соединений высокого качества в сложных условиях, создавать технологии ремонта без предварительного нагрева изделий. Одной из важнейших составных частей сварочного производства является наплавка. Из общего объема сварочных материалов для наплавки используется 8-10 % электродов и сплошных проволок, до 30 % порошковых проволок и практически все спеченные и порошковые ленты. В общих объемах наплавочных работ весьма велика доля восстановительной наплавки. Одна из актуальных задач — повышение уровня механизации наплавочных работ. Хорошие перспективы имеют способы наплавки, обеспечивающие минимальное проплавление основного металла: электрошлаковая (лентами), плазменно-порошковая, лазерная, микроплазменная. В последнее время прогрессирует технология нанесения защитных и специальных покрытий методами газотермического, плазменно-дугового и детонационного напыления, электронно-лучевого испарения и парофазной конденсации материалов в вакууме. Остается актуальной проблема сварки новых материалов: сплавов на основе железа, никеля, меди, алюминия, титана и многих интерметаллидов. Обширна и непрерывно увеличивается область применения полупроводниковых материалов, использование которых неразрывно связано с проблемой их соединения с металлическими материалами. Во всем мире широким фронтом ведутся исследования, направленные на улучшение свариваемости высокопрочных алюминиевых сплавов, увеличение прочности и других служебных характеристик сварных соединений. ИЭС им. Е. О. Патона совместно с Институтом проблем материаловедения НАН Украины нашли принципиально новое решение улучшения свариваемости перспективных сплавов алюминия, в частности создав новые сварочные проволоки из алюминиевых сплавов, содержащих повышенное количество скандия (0,5-0,8 %). При добавках скандия повышается сопротивление разрушению сварных соединений высокопрочных алюминиевых сплавов. Проводимые в течение многих лет фундаментальные исследования проблем металлургии сварки титана и его сплавов позволили создать эффективные технологии, обеспечивающие получение сварных соединений с элементами толщиной 0,5-1000 мм. Разнородные материалы (алюминий - сталь, медь - алюминий, титан - сталь и др.) находят все более широкое применение в машиностроении, атомной энергетике, ракетостроении и других отраслях современной промышленности. Для получения неразъемных соединений указанных материалов с уникальными физико-механическими свойствами наиболее перспективны такие процессы, как диффузионная сварка, сварка взрывом, магнитно-импульсная сварка, пайка, склеивание, механическое (штепсельное) соединение. Особое значение приобретают технологии склеивания. В настоящее время создано большое количество клеевых композиций, позволяющих соединять металлы, сплавы, пластмассу, резину и другие материалы практически в любых сочетаниях. Дальнейшее направление совершенствования этой технологии определяется требованиями повышения прочности, надежности и долговечности клееных и клеесварных соединений при различных условиях эксплуатации. В последние десятилетия в качестве конструкционного материала все большее внимание привлекают полимеры и композиты на их основе. Созданы современные технологии для сварки труб из термопластов, используемых при сооружении газопроводов, водопроводов, коммуникационных систем. Есть несомненные успехи в области ультразвуковой сварки, сварки токами высокой частоты, трением и другими способами соединения этих перспективных материалов. Одна из важнейших проблем будущего века — освоение космического пространства. В решении этой проблемы важную роль должна сыграть сварка. Пока наиболее перспективным способом в условиях космического пространства мы считаем электронно-лучевую сварку. Не исключено, что в недалеком будущем будут созданы образцы лазерных устройств для этих целей. Цикл экспериментов по электронно-лучевой сварке, резке и пайке, а также нанесении покрытий в открытом космосе, выполненных ИЭС им. Е. О. Патона совместно с НПО «Энергия», позволил изучить особенности получения сварных соединений и функциональных покрытий в условиях вакуума и микрогравитации, оценить возможности человека в скафандре выполнять функции сварщика. Создана и эксплуатировалась на орбитальной станции «Мир» система многократного раскрытия и складывания солнечных батарей протяженностью 15 м. Конструкция оказалась весьма надежной. В XXI веке резко расширится освоение глубин Мирового океана, что, в свою очередь, потребует создания новых сварочных технологий. При современном уровне техники дуговая сварка порошковой проволокой так называемым «мокрым» способом осуществляется на глубинах нескольких десятков метров. Существуют серьезные ограничения по номенклатуре металлов, пригодных для сварки таким способом, и по предельным глубинам, где может быть обеспечено получение качественных соединений. Выполнение сварки в специальных камерах («сухой» способ сварки) в присутствии человека имеет также немало ограничений, в том числе и по глубине, к тому же он слишком дорогостоящий. В будущем вполне вероятна возможность применения лазерного излучения как для резки, так и для сварки в камерах на большой глубине. Не исключена возможность применения в указанных условиях контактной стыковой сварки. Предварительные эксперименты подтвердили перспективность использования этого способа сварки под водой. Достаточно сказать, что созданные в нашем институте технология и оборудование, в котором камера встроена в сварочную машину, впервые в мире успешно прошли опытно-промышленную проверку при сварке реальных конструкций под водой. Необходимы совершенствование как «мокрого», так и «сухого» способов сварки, а также разработка новых механизированных способов сварки и оборудования, пригодных для использования на километровой глубине. Это не фантазия, а настоятельная потребность, связанная с неизбежностью прокладки в ближайшие годы газо- и нефтепроводов на такой глубине, а также и с добычей в будущем минерального сырья со дна Мирового океана. Создание экономичных, надежных и долговечных сварных конструкций, работающих на земле и под водой, при большом разбросе температур, в агрессивных средах и при интенсивном облучении, является важной научно-технической проблемой. Исторически сложилось так, что многие из существующих ответственных сварных конструкций приближаются к своему критическому возрасту. Поэтому весьма актуальна проблема разработки научно обоснованных подходов к оценке и продлению ресурса эксплуатируемых сварных конструкций. Такие подходы должны базироваться на комплексном анализе всех стадий их жизненного цикла, включая проектирование, изготовление и эксплуатацию. Поиск по сайту: |
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.004 сек.) |